激光拉曼光谱实验最优实验参数的确定

讨论了激光拉曼实验中狭缝宽度、阈值大小、积分时间和负高压对拉曼光谱的影响,确定了激光拉曼光谱实验的最佳工作参量,获得了清晰的拉曼光谱.     

激光拉曼光谱的实验条件优化探析

以四氯化碳的拉曼光谱为例分析了单色仪狭缝宽度、光电倍增管所加负高压、扫描间隔、积分时间等实验条件对激光拉曼光谱的影响,确定了最佳实验条件.     

LRS-Ⅲ型激光拉曼仪探测本领的综合分析

作者对LRS-Ⅲ型激光拉曼仪的探测本领作了综合分析.研究了光谱实验中狭缝宽度、阈值大小、积分时间、负高压对图谱效果的影响,确定了实验的最优实验参数,获得了清晰的拉曼光谱.     

基于极值统计的拉曼光谱信噪比评估方法与应用

随着近年来便携式光谱仪技术的迅速发展,CCD光谱仪相对于传统光谱仪在光谱收集方式上发生了很多变化：（1）采集到的光谱对信号进行叠加积分,传统信噪比评估方法无法通过单次检测获得探测器波动;（2）对于谱图噪声（谱线随机波动）,由探测器响应随机波动和扫描重复误差转变为CCD探测器像素响应差异、探测器随机噪声和与光学系统分辨力有关的模式噪声。噪声类型发生改变,导致原有的光谱质量评价方法适用性变差,基于实测光谱提出更具适应性的光谱质量评价方法具有很强的现实意义。根据拉曼光谱仪检测器的变化,对采集光谱信号的成分进行分析,在该分析的基础上提出了CCD光谱仪的噪声模型假设,根据该假设使用不同的信号极值点频率对不同的噪声进行像素分离,并对噪声频率模式进行了数值模拟,模拟结果与假设相符;在此基础上提出并实验验证了通过谱线极值间距评估谱线噪声的拉曼光谱信噪比评估方法,该方法包括以下两个步骤：（1）通过采集多次实测光谱进行叠加,叠加过程中对对应不同频次的光谱极值点数量进行统计,得到统计结果后基于文中规律分离光谱仪中的环境噪声和暗噪声;（2）应用上述分离结果,对实测光谱中对应暗噪声的谱线极值点作统计平均,再将该值应用于文中公式,计算得到信噪比。该方法在进行了步骤（1）的前期准备后,可以通过单张谱图评估CCD拉曼光谱仪的随机噪声,并用于评估光谱的信噪比。基于光学构架相同、CCD探测器不同的三个拉曼光谱系统进行实验,采用该方法通过设定信噪比阈值对谱图质量进行控制,获得了一致的光谱曲线;基于该方法对同步叠加平均法进行信噪比拟合,拟合优度达到98%。该方法可用于拉曼光谱仪的性能评估和获取拉曼光谱谱图的质量实时控制。理论和实验表明：对于基于CCD探测器的拉曼光谱仪器,当确定样品和特征峰时,可以基于此方法获得信噪比。该方法还可用于比对不同配置的拉曼光谱设备,以及作为控制谱图质量一致性的标准,并对基于拉曼光谱技术的智能鉴别系统的开发具有指导意义。     

基于空芯光纤增强拉曼光谱气体探测方法研究

拉曼光谱技术具有多组分同时探测、分析周期短和非接触等特点,被应用于多个领域,但是由于较低的探测灵敏度,限制了拉曼光谱技术的发展。针对提高拉曼光谱技术对气体探测灵敏度问题,本文设计并搭建了一套基于空芯光纤气体拉曼光谱增强系统,开展了空芯光纤拉曼光谱系统和后向散射拉曼光谱实验系统对比实验研究。实验结果表明,空芯光纤对信号、背景和噪声都具有放大效果,以空气中氮气和氧气为探测物质,与后向拉曼光谱信号相比,在相同探测时间情况下,信号强度增强60倍以上,信噪比增强约6倍;在相同探测强度情况下,探测时间仅为后向散射的1/60,噪声为后向散射拉曼系统的1/2。     

硅刻蚀现场研究的表面拉曼光谱技术

通过对拉曼谱仪和电极粗糙方法的优化,本文将表面拉曼光谱技术拓宽到了半导体硅电极表面的现场研究,文中观测了不同粗糙时间对硅刻蚀的影响,并实时考察了硅氢表面在开路电位下的氧化过程,实验结果表明,在以ＨＦ为主的湿法刻蚀中,硅表面的悬挂键主要被Ｈ而不是被Ｆ取代。     

基于时间序列相似性匹配算法的混合矿物颜料的拉曼光谱研究

把匹配时间序列相似性的方法引入到拉曼光谱分析的应用中,测量了古代艺术品常用的黄色和白色混合矿物颜料的拉曼光谱,并对光谱进行了解析,对光谱进行了相似性匹配实验分析,取得了可信度较高的实验结果。     

拉曼-荧光联合光谱水下原位探测技术研究

深海热液环境中存在着巨大的化学和热梯度,快速剧烈的混合和生物过程产生了多种多样的矿物过程,并培养了大量的化学合成微生物。激光拉曼光谱非常适合于深海热液环境矿物过程的探测,然而要对矿物与微生物作用过程进行研究,还需要与荧光光谱技术进行联合,针对此需求开展了原理验证实验研究。在实验室搭建了一套拉曼-荧光联合光谱探测桌面系统,利用一台双波长激光器同时作为拉曼光谱和荧光光谱的激发光源,其中拉曼光谱采用532 nm波长,荧光光谱采用266 nm波长,双波长激光器发出的光束经分光镜分为两路,经过后向散射光路收集的两路信号分别进入两个小型光纤光谱仪进行分光探测,拉曼光谱采用QE65000光谱仪,荧光光谱采用USB2000光谱仪,通过软件可以方便的分别设置两个光谱仪的参数。利用搭建的实验系统对海水和拟菱形藻样品进行探测,分别获得了海水样品的SO2-₄拉曼光谱和可溶性有机物(CDOM)荧光光谱,拟菱形藻样品的类胡萝卜素拉曼光谱和类蛋白、叶绿素等荧光光谱,实验结果证明了研制小型拉曼-荧光联合光谱探测装置的可行性,并为发展原位联合光谱探测装置提供了技术参考。     

气炮加载实验中拉曼光谱技术的发展及应用

拉曼光谱技术已经成为静高压实验中诊断物质微观结构的重要手段之一。本文主要综述拉曼光谱技术在动态加载实验中的发展及应用现状。拉曼光谱技术和气炮加载技术相结合,由于采集信号时间短、杂散光强等,其技术难度比较大。迄今,仅有少数几个气炮加载实验室具备冲击拉曼光谱诊断能力。本文首先介绍了气炮加载拉曼光谱技术的发展历程,然后通过对现有文献的分析,总结出当前该技术的瓶颈。最后陈述了拉曼光谱在研究动态加载过程中透明介质微观结构变化方面的优势。     

拉曼光谱技术在脂质过氧化反应中的应用

本实验以亚油酸为材料,分别采用过氧化产物检测法和拉曼光谱技术对亚油酸的自氧化过程进行监测,从氧化反应的中间产物和底物的结构变化两个角度,对亚油酸的自氧化过程进行分析。为不饱和脂肪酸的过氧化机理研究提供实验证据。结果表明:拉曼光谱技术能够用来研究单分子物质的结构变化,随着自氧化过程的进行,亚油酸的拉曼光谱在谱型和峰强方面都有所变化,能够反映分子内部结构的变化。其时间效应与采用TBA和共轭二烯法测定时的时间效应基本一致。     

Raman spectrum of optical fiber waveguide — Effect of cladding

The spontaneous Raman spectrum of multimode glass core-plastic cladding fibers (core diameter ≈ 100 μm) was measured and compared with that of the bulk core and cladding materials. The fiber spectrum is dominated by the broad peaks of the glass core but also contains two sharp lines at 2909 and 2971 cm^-1, which correspond to the most intense lines of the polymer cladding in bulk form. These spectral features are generated by Raman scattering in the evanescent field region of the cladding with the resulting radiation weakly coupled to the propagating modes of the fiber; a measurement of relative core/cladding peak intensities is in agreement with the predictions of a theory based on this model. It is proposed that this measurement and analysis could be developed into a method for estimating the quality of the contact between the glass and plastic.     

激光波长对拉曼散射水温遥感系统测温精度及探测深度的影响

机载激光拉曼散射雷达技术可以快速获取次表层海水温度的三维分布,具有重要的实用价值和经济价值.首先,从理论上分析了水的伸缩振动拉曼谱峰值位置和半高全宽与激发波长之间的对应关系,发现随着激发波长的增大,拉曼峰逐渐向长波方向移动,且拉曼光谱半高全宽显著增大.然后,实验测量了不同温度下450 nm激光和532 nm激光激发的水的拉曼光谱,对比验证了上述理论分析结果.并采用单高斯峰拟合法分析了两组拉曼光谱,拟合出高斯峰峰值位置与温度之间的关系,分析了激发波长对温度测量精度的影响.研究发现,采用较长波长的激发光可以提高拉曼光谱的测量精度,从而改善测温精度.最后,建立了拉曼散射雷达方程,分析了拉曼散射系数与激光波长之间的关系,研究了激光波长对雷达系统探测深度的影响.结果表明,激光波长对雷达系统探测深度有很大的影响,采用480 nm以下波长的激光时雷达系统探测深度较大,而采用长波段激光时雷达系统探测深度会大幅降低.实际系统设计中选取激光光源时需要综合考虑上述两方面的影响.     

一种提高生物体拉曼光谱痕量测量精度的方法

微量物质拉曼光谱测量精度的提高是拉曼分析技术的难点之一,特别是高荧光背景下生物体中微量物质的测量。根据拉曼谱峰突发、离散特点,分别给出荧光背景和噪声拟合函数,通过监测总体拟合偏差A类不确定度函数实现拉曼谱峰定位和干扰信号滤波;进一步根据谱峰位置划分光谱区间,在单调区间内弱化非谱峰信号,实现谱峰信号增强。与其他光谱处理方法比较,可以准确拆分重叠特征峰,不会降低特征峰高度,提供更加灵敏的半谱峰面积指标。实验表明,该方法在处理皮肤拉曼光谱时,可以准确得到螺旋构象的酰胺I带、神经酰胺和CO的归属拉曼谱峰;另外经过该方法处理后数据建立水溶性糖(水稻叶片)含量测量模型,其精度优于小波分解、多项式拟合和非线性最小二乘法。     

Raman spectra of alcohols: Intensity measurements

The peak, integrated and standard intensities of some prominent Raman lines in twelve alcohols are estimated. The standard intensities of the lines due to some characteristic bonds in various alcohols are compared and large variations observed.     

A highly-sensitive automatic transient laser-induced breakdown spectroscopy system with high temporal and spatial resolution

A highly-sensitive automatic transient laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) system is designed and integrated.It successfully avoids the delay time selecting problem in the conventional LIBS system,and realizes the LIBS data acquisition with high spatiotemporal resolution automatically.Multiple transient spectra can be obtained in each measurement,which will provide more information for spectral research.The water-vapour and liquid-water Raman scattering spectra are captured by this system,and the comparison of experimental water-vapour Raman scattering spectrum with theoretical data verifies the reliability of the LIBS system.Based on this system,the air laser induced air breakdown spectra are captured and analysed.The system is also useful for the research on water-vapour Raman Lidar remote sensing.     

High-sensitive automatic transient laser-induced breakdown spectroscopy system with high temporal and spatial resolution

A high-sensitive automatic transient laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) system is designed and integrated. It successfully avoids the delay time selecting problem in conventional LIBS system, and realizes the LIBS data acquisition with high spatiotemporal resolution automatically. Multiple transient spectra can be obtained in each measurement, which will provide more information for spectral research. The water-vapour and liquid-water Raman scattering spectra are captured by this system, and the comparison of experimental water-vapour Raman scattering spectrum with theoretical data verifies the reliability of the LIBS system. Based on this system, the air laser induced air breakdown spectra are captured and analysed. The system is also useful for the research on water-vapour Raman Lidar remote sensing.     

饮用水激光拉曼光谱的比较与分析

为了对我国目前饮用水的质量进行有效检测,对市面上几种常用品牌的饮用水以及实验室提供的蒸馏水等样品做了测量和计算。运用激光拉曼光谱的分析方法,测量了它们的激光拉曼光谱。同时,通过测量计算了样品在对称伸缩振动处拉曼谱的退偏度。结果表明,在水样品的对称伸缩振动处,其拉曼谱的相对强度大小和退偏度的大小有着相同的规律。对结果进行比较和分析后得出了如下结论：可以从拉曼光谱特征峰相对强度的大小和同一特征峰下退偏度的大小两方面来判断饮用水中矿物质含量的相对多少。为鉴定饮用水的质量提供了新的有效途径。     

Optical spectroscopy study of damage evolution in 6H-SiC by H_2~+ implantation

Lattice defects induced by ion implantation into Si C have been widely investigated in the decades by various techniques. One of the non-destructive techniques suitable to study the lattice defects in Si C is the optical characterization. In this work, confocal Raman scattering spectroscopy and photoluminescence spectrum have been used to study the effects of 134-ke V H_2~+ implantation and thermal treatment in the microstructure of 6 H-Si C single crystal. The radiation-induced changes in the microstructure were assessed by integrating Raman-scattering peaks intensity and considering the asymmetry of Raman-scattering peaks. The integrated intensities of Raman scattering spectroscopy and photoluminescence spectrum decrease with increasing the fluence. The recovery of the optical intensities depends on the combination of the implantation temperature and the annealing temperature with the thermal treatment from 700℃ to 1100℃. The different characterizations of Raman scattering spectroscopy and photoluminescence spectrum are compared and discussed in this study.     

局域表面等离激元对InGaN/GaN多量子阱发光效率的影响

Ag纳米粒子的形貌对InGaN/Ga N多量子阱(MQWs)的光致发光(PL)效率有着显著影响。本文采用离子束沉积(IBD)技术将Ag沉积在InGaN/Ga N MQWs上,然后通过快速热退火处理制备Ag纳米粒子。通过改变Ag的沉积时间获得了具有不同Ag纳米粒子形貌的样品。用原子力显微镜对各样品的Ag纳米粒子形貌和尺寸进行了表征,并且测试了吸收谱、室温和变温PL谱及时间分辨光致发光(TRPL)谱。结果表明:随着Ag沉积时间的延长,所得Ag纳米粒子粒径增大,粒子纵横比先增大后减小且吸收谱峰红移。由于不同形貌的Ag纳米粒子在入射光作用下产生的局域表面等离激元(LSPs)与MQWs中激子耦合强度不同,光发射能力也不同,与没有Ag纳米粒子的样品相比,沉积时间为15 s的样品室温PL积分强度被抑制6.74倍,沉积时间为25 s和35 s的样品室温PL积分强度分别增强1.55和1.72倍且峰位发生红移,沉积时间为45 s的样品室温PL积分强度基本没有变化。TRPL与变温PL的测试结果证明,室温PL积分强度的改变是由于LSPs与MQWs中的激子耦合作用引起的。纵横比大且吸收谱与MQWs的PL谱交叠大的Ag纳米粒子能够更好地增强InGaN/Ga N MQWs的发光。     

基于自适应免疫算法重叠拉曼谱峰的解析

拉曼光谱测量速度快,可以实现原位实时测量,现已成为过程控制中物料检测的一种重要手段。但由于环境的复杂性以及拉曼光谱信号特点,目前在线检测时难免会出现一些重叠谱峰。基于免疫算法特点,将该方法用于芳烃重叠拉曼谱峰信号的解析中,提取混合物质中单个组分拉曼谱峰信息进行分析,结果表明该方法解析快速、定量准确,相对误差低于1%,是解析重叠拉曼光谱信号的有效方法。针对现场样品检测中出现的重叠谱峰伴随荧光背景信号,提出了结合独立成分分析的自适应免疫算法,有效地解析出荧光背景信号,为复杂样品的拉曼光谱检测分析提供了新的手段。